Caractérisation des phases solides colmatantes observées lors du traitement acide de minerais uranifères : contribution à l’étude des équilibres liquides-solides dans le système complexe Al – Fe – K – P – S – H2O (± Ca et Mg)

Characterisation of clogging solid phases observed during the acid treatment of uranium ores : contribution to the liquid-solid equilibria study in the Al–Fe–K–P–S–H2O (± Ca and Mg) complex system

• Auteur / Autrice : Angélique Teyssier
• Direction : Christelle Goutaudier, Jean-Michel Schmitt
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie inorganique
• Date : Soutenance le 28/09/2015
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Multimatériaux et Interfaces (1995-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Jacques Counioux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne-Marie Aucour, Serge Rey
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gérard Coquerel, Vincent Lagneau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Précipitation (chimie)

Lixiviation

Solubilité

Équilibre solide-liquide

Mots clés libres

Équilibres liquide-solide

Solubilité

Hydroxysulfate d’aluminium

Caractérisation de phases solides

Modélisation de données expérimentales

Lixiviation in situ acide

Précipitation / colmatage

Solid-liquid equilibria

Solubility

Aluminium hydroxisulphate

Solid phase characterisation

Modelling of experimental data

In situ leaching

Precipitation / clogging

Résumé

Lors de l'extraction de l'uranium par lixiviation acide, AREVA fait face à des phénomènes transitoires de précipitation de phases mal cristallisées entrainant un colmatage des installations. Les analyses de ces précipités ont mis en évidence la formation d'un solide jaune minoritaire et d'un blanc majoritaire composé de sulfate de calcium et d'hydroxysulfate d'aluminium. Afin de comprendre les phénomènes menant à la précipitation et pour prévoir, éviter ou limiter leur apparition, les travaux de thèse ont consisté en l'étude expérimentale des équilibres solides-liquide du système complexe Al–Fe–K–P–S–H2O (± Ca et Mg) en milieu acide à 25°C, avec pour objectif l'identification des solides susceptibles d'apparaître en conditions industrielles. Les résultats permettront ainsi de compléter les bases de données thermodynamiques utilisées pour modéliser le comportement global du milieu lors des opérations. Après la mise au point de techniques analytiques appropriées, le travail s'est porté sur la délimitation des équilibres liquide-solides du système relatif au précipité blanc et particulièrement sur l'analyse des ternaires impliquant les hydroxysulfates d'aluminium. Le colmatage se produisant durant la phase d'acidification, l'évolution de la précipitation de ces hydroxysulfates en fonction du pH a été étudiée, afin de caractériser les solides formés en présence de cations minoritaires (Na+, K+, Mg2+, Ca2+) et de définir leurs constantes de solubilités à partir d'un modèle de calcul des coefficients d'activités des ions en solution. Des tests dynamiques sur colonne à partir de minerai naturel ont également été effectués et comparés aux résultats statiques

During the uranium extraction by acid leaching, AREVA observed the precipitation of not well crystallized solid phases, leading to the clogging of various equipment. The analyses of these precipitates highlighted the formation of a minor yellow precipitate and a major white precipitate containing calcium sulphate and aluminium hydroxisulphate. To understand the phenomena leading to the precipitation and to predict, prevent or at least limit their formation, this thesis work consisted of the solid-liquid equilibria experimental study of the Al–Fe–K–P–S–H2O (± Ca and Mg) system in an acidic environment at 25°C, with the identification of solid phases which may appear in natural ore as the major goal. The results could complete the thermodynamic database used to model global behaviour of the environment during acid mining. Based on the observed precipitates, two quaternary systems were defined, such as the H2O-Al3+, Ca2+ // O2-, SO42- system. After the development of appropriate analytical techniques, the work focused on the delimitation of the liquid-solid equilibria of the system based on the white precipitate and particularly on the analysis of the ternaries involving aluminium hydroxisulphates. As clogging occurs during acidification, the hydroxisulphate precipitation depending on the pH was studied in the presence of minority cations (Na+, K+, Mg2+, Ca2+), in order to characterise the solid phases which were formed, and to define their solubility constants. For the solubility constant determination, a calculation model of the ion activity coefficients in solution was used. A dynamic survey on a column containing natural ore was done and compared to static results